L.A.R.S. (Launch and Recovery System): 7 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Oversikt

Dette prosjektet er et Launch And Recovery System (LARS) som består av forskjellige modeller og enheter. Til sammen representerer de et utvinningssystem som er egnet for en vannrakett i lav høyde. Raketten består av flere seksjoner, laget av 1,5 liters SmartWater -flasker.

Hele systemet består av flere elementer:

• Launch Pad
• Hoveddelen
• Gjenopprettingssystem

Formål og drivere

Inspirasjonen til dette prosjektet (som de fleste av mine prosjekter) stammer fra nevøene mine. Lang historie kort, for mange år siden (da mine unge nevøer ikke var så store) ønsket de å sette av fyrverkeri på uavhengighetsdagen. Normalt var det ikke så ille, men det året var annerledes: vi planla en langhelg på hytta til besteforeldrene i McCall, Idaho. Hvis du aldri har vært i Idaho, er det veldig tørt. Hvis du aldri har vært i McCall, Idaho: det er veldig tørt og det er mange trær, busker, gress og annet drivstoff perfekt for skogbranner. Siden det allerede var et utrolig tørt år og Smokey the Bear holdt det "HØYE" brannrisikoskiltet utenfor skogstjenestekontoret, søkte jeg et alternativ.

Samtidig så jeg det som en mulighet til å demonstrere det jeg prøver å imponere på unge, vitenskapelige sinn: STÅ UT. Tenk utenfor boksen og finn løsningen på flere problemer. Det kan først skille seg ut som en vond tommel, men de beste ideene gjør vanligvis det.

Som det viser seg, er jeg også SUPER billig. Ikke så mye for å spare penger, men jeg ser bare så mye som kan gjøres med vanlige ting. Mesteparten av tiden, vanlige ting som er ment å være engangsbruk.

Sikkerhet

Jeg ville være utilfreds hvis jeg ikke nevnte dette først; Jeg minner hele tiden nevøene mine om "Sikkerhet først." Dette passer inn i det overordnede målet siden den primære fremdriften er vann og luft. Dette utgjør åpenbart ingen alvorlig brannfare.

Etter hvert som jeg bygde flere deler av fremdriftssystemet, økte dette volumet for mer høyt komprimert luft (dvs. mer drivmiddel). Selvfølgelig er dette direkte proporsjonalt med maksimal høyde som kan oppnås. Fortsetter med denne logikken litt lenger: ja, dette betydde EN MYE MER FARLIG hastighet ved retur til jorden.

Innseelsen av hvor farlig dette kunne være ble tydelig etter at vi hadde vår første vellykkede lansering av en tidlig prototype, ved bruk av flere seksjoner i flykroppen. Ta en titt på Rocket Boys, på YouTube.

Koste

Det er viktig å minimere kostnadene ved bygging. I mitt scenario tenkte jeg at det var like viktig å sikre at kostnaden for hver bruk var minimal. Jeg mener, hvem vil legge ned massevis av arbeid for et engangsbruk?

Hvor som helst mulig brukte jeg søppel: vannflasker som skulle gå til søpla, en gammel flykasse fra hærens overskuddsbutikk, en ødelagt stolparaply fra en lokal sportsbutikk, en sprengt luftslange fra Harbor Freight og til og med en ødelagt pop -opp sprinklerhode - i utgangspunktet liker jeg å lære barna at det ikke er noe som heter søppel; det er et produkt som må omarbeides.

Bare spør

I mange tilfeller er ting du vil bruke ikke nødvendigvis "til salgs", og hvis de er det, er det kanskje ikke verdt prisen. Den originale, grønne paraplyen jeg brukte til fallskjermen var på en ødelagt $ 28 -vare i en butikk. Jeg tok den med til disken og sa at jeg ville gi dem $ 4 jeg hadde på meg. Jeg viste dem at det var ødelagt uansett og forklarte at jeg bare ville ha paraplymaterialet. Voila! vi hadde øyeblikkelig fallskjerm.

Gjenbrukbarhet

Det er nesten umulig å snakke om å holde materialkostnadene nede uten også å vurdere hvordan produktdesignet egner seg til gjenbruk. Hvis vi ikke enkelt kunne bruke raketten om og om igjen, kan vi like godt sette fyr på skogen med flaske-raketter og M-80-er.

Bærbarhet

Etter bare 1 testlansering av vår første prototype, innså jeg at hele rakettsystemet måtte være så kompakt som mulig. Samtidig ville jeg låne den ut til alle som ville prøve den. Jeg ville ikke skrive en haug med detaljerte monteringsinstruksjoner eller leie en varebil for transport.

Til slutt brukte jeg boksen der jeg lagret alle delene som startpute. Noen få modifikasjoner gjorde det mulig å feste luftkompressorbeslag, slange og returventil samtidig som det var god plass inne for alle deler av rakettfremdrifts-/gjenvinningssystemene.

… selvfølgelig, etter den siste lanseringen, innså jeg at hele systemet kunne stå mer bærbart, ha.

Rekvisita

Launch Pad

• 1 x gammel hæroverskuddsfraktcontainer

  • Jeg tror vi hentet dette på The Reuseum - et flott sted å sjekke ut om du er i Boise, Idaho;)
  • Spoiler Alert: de lager faktisk ikke denne typen hærbeholdere siden de byttet plassering.
• 1 x luftkompressorslange (~ 15 '… eller hvilken avstand du føler deg trygg)

• 1 x luftkompressorslange (~ 2 '… dette går bare i esken)

  • Begge de tidligere slangene, jeg bygde fra en $ 5 slange jeg fant på et Harbour Freight parkeringsplass salg. Så ut som det eksploderte/splittet gummiskallet der noen lot det bli for varmt/smelte. Annet enn det var det flott for det vi trengte
  • Hvis du kutter/spleiser noe gammelt, kan du finne flotte, superbillige deler på Harbor Freight.

• 1 x Ingen returventil - Her er en

  Mange alternativer der ute. Få noe billig

• 1 x 90º albue - går fra ¼ kompressorgjeng til hageslangetråd (noe slikt)

  • Jeg glemmer hvor jeg fikk dette, men gitt at dette er et supersmart (og super-tilgivende) publikum, antar jeg at du kan finne ut hvordan du går fra en tråd til en annen etter noen minutter i D&B eller TSC.
  • Kanskje kombinere med noe slikt.

• 1 x gjenget, roterende luftkompressor mannlig adapter (vi gjenbrukte noe som dette fra Harbor Freight)

  Dette brukes til å feste det korte slangestykket på innsiden av overskuddsbeholderen

• 1 x Gardena kvinnelig adapter

Fuselage

• 12 x smarte vannflasker (1,5 liter)
• 4 x Essentia vannflasker (1,5 liter)
• 1 x tilpasset dyse (dvs. 3D -trykt 2 liters flasketråd på en Gardena -slangekobling)
• 1 x rør med Sikaflex lim (som denne konstruksjonsforseglingen)

• 1 x Duct Tape (eller strapping tape)

  Jeg brukte en kombinasjon av hvitt og svart gaffatape på flykroppseksjonene. Jeg trodde det ga raketten mer et utseende fra Apollo-tiden, ha

Gjenopprettingssystem: ikke-trykt

• 1 x Popup-sprinkler (vi brukte denne, fra Lowe's)
• 1 x gammel paraply
• 1 x bordtennisball
• 1 x Polen vårflaske (eller en annen flaske formet mer som nesen til en rakett - jeg glemmer det eksakte merket til den vi brukte)
• 1 x Kroeger-seltzer-vann (dvs. selges også i butikker som QFC eller Fred-Meyer)
• 1 x glassfiber elektrisk gjerdestang (vi hadde denne, jeg tror den var fra D&B Supply)

Gjenopprettingssystem: Krets

• 1 x Arduino Pro Mini
• 1 x 24 -pins DIP -kontaktadapter (lenke)
• 1 x 5V spenningsregulator (lenke)
• 1 x Piezo -summer (lenke)
• 1 x 220Ω motstand (lenke)

• 1 x MPL3115A2 -modul

  • Den som brukes her er ikke lenger tilgjengelig
  • Jeg begynte å jobbe med et alternativ som logger data og bruker en gyro sammen med barometeret - koden på Github (se lars) bør fortsatt være gjeldende hvis du har et alternativ

• 1 x trykknapplåsbryter

  Hvis du ikke har lagt merke til det, er jeg fan av Tayda for små ting i små mengder til en liten pris

Trinn 1: Launch Pad

Lanseringsplaten er et multifunksjonsutstyr. Den er laget av en gammel utstyrskasse jeg fant på Boises beryktede Reuseum, og har tre funksjoner:

1. Drivstoffmekanisme (… i mangel av et bedre begrep)
2. Lagring for rakettdelene
3. Startpute

Fylling/fylling

Før du snakker om drivstoff for raketten, er det viktig å bruke et minutt på å tenke på de grunnleggende vitenskapelige prinsippene som støtter den. Fra Wikipedia:

En vannrakett er en type modellrakett som bruker vann som reaksjonsmasse. Vannet tvinges ut av en gass under trykk, vanligvis trykkluft. Som alle rakettmotorer opererer den etter prinsippet i Newtons tredje bevegelseslov.

Når vi bryter den litt ned, er reaksjonsmassen ganske enkelt noe som brukes til å presse mot. Den skyver mot bakken og luften skyver mot vannet. Luften skyver også mot flasken. Handling er den ekspanderende luften, reaksjonen er et objekt med minst masse (dvs. flaskeraketten) blir tvunget vekk fra oppskytningsplaten.

Trykk på raketten må være en additiv prosess. Det krever å skyve luft inn i fartøyet uten å la luft eller vann slippe ut. Dette oppnås ved å bruke en liten enhet kalt en "tilbakeslagsventil" (noen ganger referert til som en tilbakeslagsventil).

Raketten er festet via en Gardena Hose -kontakt på oppskytingsplaten. Bunnen av raketten har en dyse med en kontur som matcher Gardena Tap Connector. Jeg modellerte en dyse i Fusion 360 som kombinerte profilen til Gardena Tap Connector med gjengene på en 1,5 L flaske.

Slangen som kobler det hele sammen ble tatt fra en luftslange. Jeg fant det på et Harbour Freight -parkeringssalg for et par dollar - så ut som om noen returnerte det fordi det åpnet seg. Da jeg så den, visste jeg at den måtte spleises. Jeg tenkte at dette ville være et godt tidspunkt å kutte et kort stykke for å feste det permanent til oppskytningsplaten.

Fremtidige forbedringer

Jeg vil enten kjøpe eller 3D -skrive ut noen ekstra deler. Jeg vil at tilkoblingspunktene på esken skal sitte i flukt med resten av boksens overflate. Med de små hageslangetrådene og luftkompressorforbindelsen som stikker ut, er det vanskelig å lagre uten å bli skadet. Det er også utsatt for skade ved transport til et oppskytingssted.

Oppbevaring

Ved demontering passet seksjonene av rakettkroppen pent inn i esken. Dessuten hadde jeg nok plass til å holde gjenopprettingsenheten der inne. Jeg oppbevarer disse delene i en egen eske i tilfelle de andre brikkene beveget seg rundt og knuste de 3D -trykte delene.

Launch Pad

Når det er på tide å skyte raketten, trenger vi noe for å hjelpe til med å støtte raketten. Det er også viktig at den starter i riktig retning (dvs. Newtons første bevegelseslov). For å oppnå dette brukte jeg to stykker aluminiums trimkanal forbundet med to 3D -trykte stykker.

Den nedre 3D -trykte braketten har plass til en ¼ sekskantmutter. Jeg brukte denne størrelsen siden den er standard for montering av vedlegg på et kamerastativ (jeg snakker om det om et sekund). Når jeg pusset ned sidene av nylon sekskantmutter, den passet godt inn i braketten.

Min bror er en flott friluftsfotograf og, som med alle eksperter på sitt område, bryter eller oppgraderer utstyret. Mens jeg var hjemme hos ham, la jeg merke til et stativ i søpla. Det eneste som var galt med det var den vertikale høydejusteringen. Annet enn det var det et godt stativ. Jeg visste ikke hva jeg skulle bruke den til den gangen, men den hadde mange flotte deler.

Da jeg begynte å bygge rakettoppskytingsplassen, nådde jeg et punkt der jeg trengte noe bærbart for å holde styreskinnene oppe. BOO YA - bruk det ødelagte stativet på nytt. Den justeres pent i flere retninger, flott for ujevnt underlag på lanseringsstedet. Pakker også og passer godt i lanseringsboksen.

Jeg har også designet og 3D -trykt et stykke som passer mellom skinnene og festes til rakettens hoveddel. Dette bestemte stykket holder raketten nær skinnene og lar den ikke velte. Jeg festet dette til hoveddelen med et 3M 414 Scotch® Extreme Mounting Tape. Da jeg designet stykket, fordypet jeg to flekker hvor skumteipen går, så brikken sitter i flukt med den buede plastoverflaten.

Fremtidige forbedringer

Jeg vil gjerne 3D -skrive ut noen kontakter som gjør det mulig å kutte føringsskinnene i mindre segmenter. Med mindre segmenter kan jeg også lagre lanseringsskinnene i esken. Å prøve å transportere skinnene i 8ft lengder - i en jeep, ikke mindre - var en smerte. Også å ha alt satt sammen gjorde plastbitene utsatt for å knekke (som de gjorde) i bilen.

Trinn 2: Hoveddel

Rakettens hovedstruktur består av flere, identiske komponenter. Komponentene består av to 1,5 L SmartWater -flasker og en 1,5 L Essentia -vannflaske.

1. Klipp bunnene ut av 1,5 L SmartWater -flasker

   Sørg for å la litt av den buede delen. Dette er mer overflateareal for Siaflex -adhesjonen

2. Skjær toppen og bunnen av en 1,5 L Essentia -flaske

3. Sett bunnen av en av de kuttede SmartWater -flaskene inne i den kuttede Essentia -flasken

   Prøv å justere bunnen av SmartWater -flasken med midtpunktet på Essentia -flasken

4. Sett bunnen av den andre SmartWater -flasken i den andre enden av Essentia -flasken

   Skyv SmartWater -flasken ned til den berører den andre SmartWater -flasken

Merk flaskene

Merk flaskene for å justere dem nøyaktig hvis du må. (SPOILER ALERT: du må sette den sammen igjen senere).

Bruk en metode som fungerer best for deg. Jeg liker å tegne noen få tydelige merker på tvers av de to forskjellige flaskene. Når senteret er fylt med Sikaflex og du ikke kan se hvor de to møtes i midten, er det en mer nyttig guide.

Liming av flaskene

Jeg liker å belegge innsiden av Essentia -flasken med et lag Sikaflex. Det er et flott lim og gir også mulighet for utvidelse. Dette er en fordelaktig funksjon siden flaskene har en tendens til å ekspandere når de fylles med trykkluft. Også fordelaktig når den krasjer i bakken (… ja, du vil sannsynligvis ha et krasj på et tidspunkt) - flaskene er lettere å bøye tilbake til formen og gjenbruke.

Koble sammen seksjonene

Når du har alle seksjonene limt sammen, kobler du dem til noe som kalles et "Tornado Tube". DETTE ER DET STØRSTE FEILPUNKTET.

Plasten til flaskene og plasten til tornadorørene er ganske stiv. De passer ikke alltid perfekt sammen, og mye luft kan lekke ut når den fylles på en høy PSI. Når du bruker hageslangepakninger ved kontaktpunktene, er det fare for overstramming til et punkt der pakningen presses inne i flasken. Når dette skjer, gjør det i utgangspunktet pakningen ubrukelig siden den ikke lenger forsegler forbindelsen mellom flasken og tornadorøret.

Jeg planlegger å lage mine egne forbindelser med en 3D-utskrift med dobbel ekstrudering. Jeg tror det kan være en enkel måte å skrive ut et stivt ytre (for trådene) og en fleksibel tetning på midten (for å bytte slangepakninger). Jeg legger ut disse planene når de er ferdige.

Trinn 3: Gjenopprettingssystem: Krets

Fallskjermlogikk ligner mye på andre scenarier i livet: distribuer for tidlig og dårlige ting kan skje; ikke distribuerer i det hele tatt, det skjer dårlige ting.

Jeg ville sørge for at fallskjermen ikke distribueres før raketten begynte å falle. Gitt komponentene jeg hadde til rådighet, valgte jeg å bruke en barometrisk lufttrykssensor som gir en nøyaktig måling av høyde.

Hele systemet trenger beskyttelse mot elementene. Jeg designet nyttelasten for å imøtekomme kretser og sensorer. Jeg ville ikke ta det hele fra hverandre hver gang jeg ønsket å aktivere eller tilbakestille systemet, så jeg designet nyttelasten med en ekstern bryter.

Når systemet er aktivert, tas en første måling - dette er vårt "bakkenivå". Når rakettens høyde øker, lagres den nye høyden og sammenlignes med den neste målingen som tas. Når den lagrede verdien er høyere enn den nylig målte høyden, antas raketten å falle.

Når du arbeider med gjenopprettingssystemet på bakken, er det mulig at fallskjermen utløses ved et uhell. Koden anser faktisk ikke at raketten er "flygende" før den målte høyden er minst 1 meter over den første bakkenivåmåling som ble tatt da systemet ble slått på.

Når raketten anses å falle, blir fallskjermen utplassert. Dette gjøres ved å aktivere den vedlagte servoen langt nok til å låse opp sprinklerhodet som er festet til 3D-trykte deler. Selvfølgelig presset fjæren i sprinkleren ut paraplyskjermen, den faller til bakken, alle ler av butzen og så videre og så videre.

Kretsen består av tre hoveddeler:

1. Arduino
2. Servo
3. Barometrisk trykksensor

Arduino

Jeg opprettet opprinnelig et tilpasset brett med en arduino med bare bein. Da jeg prøvde å gjenopplive den for denne artikkelen, bestemte den seg for å slutte å fungere:

Jeg brukte en Arduino Pro Mini, men det er litt overkill. Det er også mye større enn den forrige versjonen. Den større størrelsen krevde en redesign av noen 3D -trykte deler - jeg er sikker på at det er noen forskjeller i delene fra bildene jeg har lagt ut (… beklager inkonsekvensen).

Jeg postet koden i et offentlig depot på Github. Kasse LARS.

Servo

Låsen aktiveres av en vanlig SG90 -servo. Servoen får strømmen direkte fra spenningsregulatoren, ikke gjennom Arduino.

Barometrisk trykksensor

Den spesielle breakout jeg brukte i dette prosjektet var noe jeg fant på Tindie (… men har siden blitt pensjonist). Den bruker MPL3115A2 -sensoren. Dette gir Arduino en nøyaktig avlesning av gjeldende høyde.

Trinn 4: Gjenopprettingssystem: Vedlegg

Gjenopprettingssystemet inkluderer flere enkle produkter du sannsynligvis har rundt deg. For eksempel er fallskjermen laget av en gammel, ødelagt paraply, og den er utplassert med en komprimert fjær fra en pop-up sprinkler. Ikke svett de små tingene heller - jeg brukte en binders for å koble servohornet til sprinklerhodelåsen. Selv noen av råvarene kan du finne fra tilfeldige steder, for eksempel aluminiumsekstruderingen jeg fant i en Goodwill -beholder.

I et annet design brukte jeg noen glassfiber gjerdestolper i stedet for aluminium vist på bildene. Glassfiber lå rundt fra en tur i utlandet (tror jeg) noen tok, de er vant til å lage et improvisert elektrisk gjerde for hester. Ikke superviktig for dette designet, men vil at du skal tenke på alternativer.

Designpåvirkninger og endringer

Jeg visste at jeg en dag ville dele dette designet med venner og familie (… nei, hadde aldri trodd at det skulle være på Instructables, ha). Jeg antok også at ikke alle ville ha samme merke med seltzervann tilgjengelig i sin lokale butikk. Selv om det er rom for mye forbedring, endret jeg designet mitt slik at flasker i forskjellige størrelser kunne passe på toppen.

Den beste måten jeg kunne tenke på for å sikre en sikker, men flyttbar passform, var å bruke et fleksibelt materiale. Skriv inn: NinjaFlex … min ærede MakerDojo er sterk med da ninja på min side.

Med en dobbel ekstruderingstrykk kunne jeg lage et stykke med en stiv bunn og en fleksibel topp. Den fleksible delen var tøyelig nok til å klemme inne i flasken og sterk nok til å påføre trykket som var nødvendig for å holde flasken på plass.

Trinn 5: Gjenopprettingssystem: Fallskjerm

Dette må være en av mine favorittdeler i designet. Jeg mener, hvor mange ganger har du tenkt på å flyte rundt i Mary Poppins-stil med en paraply? Det var morsomt å endelig se en paraply som faktisk fungerer som en fallskjerm.

Jeg fant en paraply på et ødelagt produkt på DICK'S Sporting Goods - jeg tilbød dem noen dollar og de tok den. Jeg fant en annen mens jeg dykket gjennom søppelbøtter på Goodwill. Selvfølgelig fant jeg en fantastisk, gammel golfparaply ved Second Use (i Seattle) etter de to andre. Golfparaply ville være utrolig stor og lage en flott fallskjerm.

Uansett hvilken paraply du velger, sørg for at den er festet godt til raketten din. Når fallskjermen utløses, avhengig av størrelsen/vekten på raketten din, kan kraften til fallskjermåpningen være betydelig. I mitt tilfelle festet jeg et stykke fleksibel elastikkledning jeg hadde (… jeg tror søsteren min kastet den fra en ødelagt bagasjenett). Med den elastiske snoren på plass, reduserer det mengden stress på plastdelene når fallskjermen settes ut.

Trinn 6: Oversikt over 3D -trykte deler

Hoppe til…

1. Full montering
2. Recovery System Parachute Plunger Thingy
3. Komprimeringsveiledning for gjenopprettingssystem
4. Gjenvinningssystems nyttelast gjenget topp
5. Nyttelast for gjenopprettingssystem
6. Vannrakett til Gardena adapter

Hele forsamlingen

Denne modellen inneholder i utgangspunktet alle de andre modellene, men montert som den ville være i produksjon. Den inkluderer også ikke-3D-trykte gjenbrukbare deler (bare for referanse).

Recovery System Parachute Plunger Thingy

Tilbake til toppen ↑

Komprimeringsveiledning for gjenopprettingssystem

Tilbake til toppen ↑

Gjenvinningssystems nyttelast gjenget topp

Tilbake til toppen ↑

Nyttelast for gjenopprettingssystem

Tilbake til toppen ↑

Vannrakett til Gardena adapter

Tilbake til toppen ↑

Trinn 7: Avslutt

Det er mye her jeg ikke nevnte. Jeg antar at jo mer jeg skrev, jo mer innså jeg at jeg glemte å dokumentere underveis. Denne artikkelen endte mer opp som en krysning mellom et omfattende "trinn-for-trinn", men ropte ut alle variablene slik at du kan prøve det på egen hånd. For oss hadde vi så mange forskjellige design og metoder som ikke fungerte, men presenterte nye læringsmuligheter for både meg og nevøene mine. Det er et stort, lite eventyr å sette ut på med elevene dine og enhver annen spirende, ung forsker.

Alt i alt er det en fantastisk øvelse innen gjenbruk, kreativitet og teknologi - en flott for barn og enda mer moro for foreldre.

Vær modig, tenk annerledes og la alltid ideene dine skille seg ut.

Andreplass i gjenbrukskonkurransen